CN104024038A - 用于触发电机的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于借助于逆变器（12）触发电机（10）的方法，尤其用在机动车中，其中逆变器（12）具有多个可触发的功率开关（14），所述功率开关构造用于将与功率开关（14）耦合的电源（22）的直流电压转换成交流电压用来向电机（10）提供电能，其中通过打开逆变器（12）的所有功率开关（14）首先将电机（10）切换为空转运行（32），其中检测电机（10）的相电流，其中根据相电流或者从相电流中导出的第一参量与第一参考值的比较（34）将电机（10）从空转运行（32）切换为短路运行（36），其中在短路运行（32）中闭合配属于电源（22）第一电位的功率开关（14）并且其中打开配属于电源（22）的第二电位的功率开关（14），并且其中根据相电流或者从相电流中导出的第二参量与第二参考值的比较（38）将电机（10）从短路运行（36）切换为空转运行（32）。

Description

用于触发电机的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于借助于逆变器触发电机的方法，该方法尤其用在机动车中，其中逆变器具有多个可触发的功率开关，这些功率开关构造用于将与功率开关耦合的电源的直流电压转换成交流电压以用来给电机供给电能。

此外，本发明涉及一种用于借助于逆变器触发电机的、带有触发逆变器的控制单元的装置，该装置尤其用在机动车中，其中逆变器具有多个可触发的功率开关，这些功率开关构造用于将与功率开关耦合的电源的直流电压转换成交流电压以用来给电机供给电能。

本发明还涉及一种带有用于提供驱动功率的电机以及用于触发上述类型电机的装置的机动车传动系。

背景技术

在机动车驱动技术领域中普遍已知，将电机用作单独的驱动装置或者与其它类型（混合驱动）的驱动马达共同使用。混合驱动装置典型地包括内燃机与至少一个电机的组合以及配属的燃料箱以及电池形式的能量存储器。存在不同类型的混合驱动装置，其中在两个基本结构之间进行区分，更确切地说，在串联和并联的混合驱动装置之间进行区分。此外，两个结构的组合称作功率分支的混合驱动装置。

串联的混合驱动装置的突出之处在于能量转换器的串联。这例如要求两个电机和一个内燃机。电机之一以发电机模式运行，另外的电机以马达模式运行。内燃机本身不与机动车的传动系连接。其通过发电机模式运行的电机对电池进行充电和/或直接向马达模式运行的电机提供所需要的电能。用于驱动机动车的功率由此仅由马达模式运行的电机传递到传动系上。

并联的混合驱动装置的突出之处在于，不仅内燃机而且电机也可以将其机械功率传递到传动系上。通过两个机器与传动系的机械耦合可以增加功率。该功率相加的可行方案允许两个机器的较小的尺寸，而在机动车的行驶效率方面不会由此产生缺陷。

存在不同类型的串联的混合驱动装置的实施方案。可行性方案是，电机直接与内燃机的曲轴连接（曲轴-起动器-发电机）或者通过皮带传动与内燃机耦合。两个驱动源由此不仅可以共同地用于机动车的移动，而且也可以单个地用于机动车的移动。此外，电机可以选择性地以发电机模式或者马达模式运行。

功率分支的混合驱动装置的突出之处在于已经示出的原理的组合。使用功率分支的传动装置（行星齿轮传动装置）能够将内燃机的功率的一部分直接地、也就是说机械地传递到传动系上，而功率的剩下的部分通过发电机转换成电能。该电能又可以选择性地储存在电池中或者直接传递到布置在传动装置后面的电机上。在功率分支的混合驱动装置中，不仅电机而且内燃机都可以用于机动车的移动。

功率电子元件典型地用于触发机动车中以及尤其混合动力机动车中的电机。该功率电子元件具有逆变器，该逆变器将位于机动车底板上的（高压）电池的直流电压/直流电流转换成交变电流。所述功率电子元件产生典型60伏的高压。

逆变器具有一列功率开关，利用所述功率开关选择性地朝高电位、即所谓的中间电路电压或者朝低的参考电位、尤其接地连接电机的各个相位（U、V、W）。由此借助于功率开关将交流电压提供给电机的三个相位。所述功率开关由控制单元触发，该控制单元根据驾驶员希望（加速或者说制动）计算电机的额定工作点。

在错误或者停止/静止状态中，逆变器不允许旋转的电机的能量发送到系统的直流电压部分中。所以，逆变器切换为安全状态，以便防止电组件的可能的损坏。由现有技术基本上公开了两个不同的断开方法或者说工作类型。在短路运行中闭合所有与低电位连接的开关并且打开所有与高电位连接的开关。在另外的称作空转运行的工作类型中打开逆变器的所有开关。

在旋转的电机中，在电机的三个相线路中感应交流电压。在短路运行中由于感应的交流电压，交变电流通过闭合的功率开关流入机器的相线路中。这引起机械力矩的突变，这会对机动车特性产生干扰的影响。在空转运行中同样感应交流电压。交流电压的大小取决于机械特征以及电机的转速。如果交流电压高于中间电路电压，那么电流流入线路的直流电压部分中。因为能量转入该部分中，所以储能器以及其它电子元件会过载或者说损坏。

因为既不希望机械力矩的突变，也不希望电流流入到线路的直流电压部分中，所以公开了根据转速、机械特征以及中间电路电压的大小要么切换为短路运行，要么切换为空转运行。然而用于在这两种工作类型之间进行切换的、基于机械特征以及转速传感器系统的信息而实施的计算是非常复杂的。此外，转速传感器系统在电机上的安装产生了额外的成本。

发明内容

因此，本发明提供了用于借助于逆变器触发电机的方法，尤其用在机动车中，其中逆变器具有多个可触发的功率开关，这些功率开关构造用于将与功率开关耦合的电源的直流电压转换成交流电压用来向电机提供电能，其中电机通过打开逆变器的所有功率开关首先切换为空转运行，其中检测电机的相电流，其中根据相电流或从相电流中导出的第一参量与第一参考值的比较将电机从空转运行切换为短路运行，其中在短路运行中闭合配属于电源的第一电位的功率开关，并且其中打开配属于电源的第二电位的功率开关，并且其中根据相电流或者从相电流中导出的第二参量与第二参考值的比较将电机从短路运行切换为空转运行。

此外，本发明提供了一种用于借助于逆变器触发电机的装置，尤其用在机动车中，其中该逆变器具有多个可触发的功率开关，这些功率开关构造用于将与功率开关耦合的电源的直流电压转换成交流电压用来向电机提供电能，所述装置具有控制单元，所述控制单元触发逆变器并且用于实施上述类型的方法。

最后，本发明提供了一种带有用于提供驱动功率的电机以及用于触发上述类型电机的装置的机动车传动系。

通过本发明可以根据电机的相线路中相电流的曲线在短路运行和空转运行之间进行变换。不需要基于机械特征以及来自转速传感器系统的测量值的复杂计算。为了调节正确的工作类型可以使用直接测量的相电流。此外，在电动车辆中对于安全性来说有利的是，以硬件线路实施空转运行与短路运行之间的切换。然而在硬件线路中麻烦的是进行转速分析。此外，由于转速传感器系统的多样性使得耦合到硬件线路上变得困难。通过本发明解决所述问题，因为两种工作类型之间的切换根据相电流的曲线来实现。

特别优选的是，从相电流中导出的第一参量是相电流的电流值，其中如果相电流的电流值超过第一参考值，则电机就从空转运行切换为短路运行。

如果在空转运行中相电流的电流值超过了第一参考值，那么电机的转速就如此高，使得电流以及由此能量流入系统的直流电压部分中，并且由此也在机轴上形成力矩。直流电压部分中的储能器会过载并且由此持续地损坏。根据与第一参考值的比较，由此可以从空转运行切换为短路运行。

根据另一种优选实施方式，从相电流中导出的第二参量是相电流的频率，其中如果相电流的频率低于第二参考值，则电机就从短路运行切换为空转运行。

相电流的频率与电机的转速成比例。如果该频率低于第二参考值，那么可以再切换为空转运行，因为在相电流的频率较低时确保了在随后的空转运行中感应的电压如此之低，使得没有电流并且由此没有能量流入直流电压部分中。

根据另一实施方式检测至少一个其它的相电流，其中根据其它相电流或者从其它相电流中导出的第一参量与其它的第一参考值的比较实现了电机从空转运行切换为短路运行。

借助于检测的其它相电流以及额外的比较可以更可靠地将电机从空转运行切换为短路运行。

在另一实施方式中，所述其它的第一参考值具有与第一参考值相同的值。

因为电机在其线圈方面基本上对称地构造，所以由此可以简化相电流与其它相电流的比较。

此外优选的是，根据其它相电流或者从其它相电流中导出的第二参量与其它第二参考值的比较来实现电机从短路运行切换为空转运行。

通过相电流与其它相电流的比较的组合可以更安全或者说更可靠地将电机从短路运行切换为空转运行。

根据另一种实施方式，所述其它的第二参考值具有与第二参考值一样的值。

通过所述措施简化并且由此加速了有待实施的比较。

当然，前面所述的以及后面还要解释的特征不仅以相应说明的组合，而且也可以以其它组合或者单独地进行使用，而不背离本发明的范围。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中更详细地进行解释。附图示出：

图1是带有逆变器的三相电机的示意图；

图2是电机在干扰时不同工作状态的状态图；以及

图3是电机的三个相线路中三相电流的示例图。

具体实施方式

图1示出了带有连接在其上的逆变器12的电机10的示意图。逆变器12具有多个功率开关14a到14f，所述功率开关与电机10的各个相位U、V、W连接，并且或者朝高的供电电位16或者朝低的参考电位（接地）18接通所述相位U、V、W。高的供电电位16与低的供电电位18之间的电位差形成了直流电压U_dc，所谓的中间电路电压。直流电压U_dc由电源22或者说电池22提供。此外，逆变器12具有多个空转二极管20a到20f，其分别平行于功率开关14a到14f布置。

所述逆变器12确定了电机10的功率和工作类型，并且相应地由控制单元24触发。为此，控制单元24的输出端A与功率开关14a到14f电耦合。电机10由此选择性地在马达或者发电机运行模式中工作。在马达运行模式中所述电机10例如以额外的驱动力矩支持内燃机。在发电机运行模式中例如在制动过程期间将机械能转换成电能并且储存在能量存储器中，这里储存在电池22中。

在例如可能由过高的电池电流或者过高的导入电流形成的干扰时，逆变器12切换为安全的状态，以便防止电元件可能的损坏或者电池22的过载。为此，原则上提供两种不同的工作类型。在第一种工作类型中，即所谓的短路运行中，与低的供电电位18耦合的功率开关14d到14f闭合，并且与高的供电电位16耦合的功率开关14a到14c打开。如果转子在电机10的定子中旋转，则感应电机10相线路中的交流电压U_ac。交变电流I_ac通过感应的电压U_ac在电机10的三个相线路中流过闭合的功率开关14d到14f。由于交变电流I_ac，在电机10的轴上产生了短路力矩。然而没有电流或者说能量导入图1中接线布置的直流电压部分26中。

在电机10的短路运行的替代的实施方式中可以打开功率开关14d到14f并且闭合功率开关14a到14c。

在第二种工作类型中，即所谓的空转运行中，打开逆变器12的所有功率开关14a到14f。在空转运行中同样感应交流电压U_ac。交流电压U_ac的大小取决于机械特性以及电机10的转速。如果交流电压U_ac高于直流电压U_dc，那么电流I_dc就通过空转二极管20a到20f流入直流电压部分26。由此也将能量转入直流电压部分26中。存在电池22以及其它电部件过载或者说损坏的危险。如果空转运行中感应的交流电压U_ac小于直流电压U_dc，那么在电机10的轴上不产生力矩并且没有电流I_dc流入直流电压部分26中。因为既不希望电机10轴上扭矩的阶跃性变化，也不希望电流I_dc流入直流电压部分26中或者说能量转移到直流电压部分中，所以按本发明根据相电流I_ac的曲线要么接通到短路运行中，要么接通到空转运行中。

图2示出了电机10在干扰时不同的运行状态的状态图30。

在出现干扰时，电机10首先切换为第一运行状态32，即空转运行32。在空转运行32中打开所有的功率开关14a到14f。通过电机10的旋转的转子，在电机10的相线路中感应电压U_ac。交流电压U_ac引起交变电流I_ac。如果感应的电压U_ac超过直流电压U_dc，那么整流的电流I_dc流过空转二极管20a到20f。如果感应的交变电流I_ac的电流值超过第一参考值，那么电机10的转速就如此高，使得电流I_dc以及由此能量流入直流电压部分26中。此外，通过较高的感应的电压U_ac以及由此产生的电流I_ac在电机10的机轴上产生了较高的制动力矩。借助于相电流I_ac的电流值与第一参考值的比较34，决定是否将电机10从空转运行32切换为第二工作状态36、即短路运行36。在此，如此选择所述第一参考值，使得在相电流I_ac的电流值的数值低于第一参考值时没有能量转入直流电压部分26中。如果相电流I_ac的电流值超过了第一参考值，那么在电机10上通过功率开关14a到14f调节短路运行36。在本实例中，在短路运行36中打开功率开关14a到14c并且闭合功率开关14d到14f。替代地，可以闭合功率开关14a到14c并且打开功率开关14d到14f。在短路运行36中也感应交流电压U_ac。交变电流I_ac流过闭合的功率开关14d到14f。由此，在电机10的轴上产生短路力矩，然而该短路力矩小于前面空转运行32中的制动力矩。此外，没有直流电流I_dc导入直流电压部分26中。由此不存在电池22或者说其它电元件过载或者说损坏的危险。

如果电机10的转速降为预先确定的阈值，那么再从短路运行36切换为空转运行32。为此，测量电机10的相线路中的相电流I_ac的频率。图3示出了三个相电流I_ac’、I_ac’’以及I_ac’’’的示例性的曲线，这些相电流在短路运行36以及旋转的电机10中通过闭合的功率开关14d到14f流入电机10的三个相线路中。如从图3中获知，所述三个相电流I_ac相互间分别相位偏移120°。

在本实例中，现在确定相电流I_ac之一的频率。该相电流I_ac的频率与电机10的转速成正比。如果相电流I_ac的频率并且进而电机10的转速低于第二参考值，那么电机10切换为空转运行32。在短路运行36中相电流I_ac的频率较小时，确保在随后切换为空转运行32时由此感应的电压U_ac如此小，使得没有电流I_dc流入系统的直流电压部分26中，也就是感应的电压U_ac小于直流电压U_dc。在所述阈值的基础上度量所述第二参考值。在电机10的轴上不产生力矩。电池22或者说其它电元件不会过载或者说损坏。由此，根据相电流I_ac的频率与第二参考值的比较38从短路运行36切换为空转运行32。

两种工作类型（空转运行32、短路运行36）之间的切换根据相电流I_ac的曲线实现。由此能够节省由电机10的机械特性进行的复杂的计算。此外，不需要设置转速传感器系统。

在所述方法的另一没有示出的实施方式中也可以检测多个相电流I_ac。所述另外的相电流I_ac的电流值或者说频率根据上面所述的比较方法34、38与其它参考值进行比较。其它参考值可以具有和第一或者说第二参考值一样的值。在此，电机10可以从空转运行32切换为短路运行36，只要至少相电流I_ac的电流值超过第一参考值。替代地，只要两个或者所有相电流I_ac的电流值超过第一参考值，就可以实现所述切换。类似地可以将电机10从短路运行36切换为空转运行32，只要两个或者所有相电流I_ac的频率低于第二参考值。

虽然由此已经示出了按本发明的方法的优选实施方式，但是不言而喻，可以进行不同的改进以及调整。

例如可以在比较34中考虑与比较38中不同数量的相电流I_ac。

此外，所述第一参考值为了与不同的相电流I_ac进行比较可以具有相同的或者不同的值。这类似地适用于第二参考值。

按本发明的方法不仅可以以软件实施，而且也可以以硬件实施。以硬件实施实现了两种工作类型32和36之间快速的切换。通过按本发明的方法实现了这两种工作类型32、36之间通过分析相电流特征而进行的转换。由此不需要布置在电机10上的耗费的转速传感器系统。这简化了以硬件线路进行的工作类型切换的实施，因为硬件线路不需匹配不同的转速传感器系统。

Claims (9)

1. 用于借助于逆变器（12）触发电机（10）的方法，尤其用在机动车中，其中所述逆变器（12）具有多个可触发的功率开关（14），所述功率开关构造用于将与所述功率开关（14）耦合的电源（22）的直流电压转换成交流电压用来向所述电机（10）提供电能，所述方法具有以下步骤：

-通过打开所述逆变器（12）的所有功率开关（14）将所述电机（10）切换为空转运行（32），

-检测所述电机（10）的相电流，

-根据所述相电流或者从相电流中导出的第一参量与第一参考值的比较（34），将所述电机（10）从空转运行（32）切换为短路运行（36），其中在所述短路运行（32）中闭合配属于所述电源（22）的第一电位的功率开关（14），并且其中打开配属于所述电源（22）的第二电位的功率开关（14），以及

-根据相电流或者从相电流中导出的第二参量与第二参考值的比较（38）将所述电机（10）从短路运行（36）切换为空转运行（32）。

2. 按权利要求1所述的方法，其中从相电流中导出的第一参量是相电流的电流值，并且其中如果相电流的电流值超过第一参考值，则所述电机（10）就从空转运行（32）切换为短路运行（36）。

3. 按权利要求1到2中任一项所述的方法，其中从相电流中导出的第二参量是相电流的频率，并且其中如果相电流的频率低于第二参考值，则所述电机（10）就从短路运行（36）切换为空转运行（32）。

4. 按权利要求1到3中任一项所述的方法，其中检测至少一个其它的相电流，并且其中根据所述其它的相电流或从所述其它的相电流中导出的参量与其它的第一参考值的比较（34）来实现所述电机（10）从空转运行（32）切换为短路运行（36）。

5. 按权利要求4所述的方法，其中，所述其它的第一参考值具有与第一参考值一样的值。

6. 按权利要求4到5中任一项所述的方法，其中，根据所述其它的相电流或者从所述其它的相电流中导出的第二参量与其它的第二参考值的比较（38）来实现所述电机（10）从短路运行（36）切换为空转运行（32）。

7. 按权利要求6所述的方法，其中，所述其它的第二参考值具有与第二参考值一样的值。

8. 用于借助于逆变器（12）触发电机（10）的装置，尤其用在机动车中，其中逆变器（12）具有多个可触发的功率开关（14），所述功率开关构造用于将与所述功率开关（14）耦合的电源（22）的直流电压转换成交流电压用来向所述电机（10）提供电能，所述装置具有控制单元（24），所述控制单元触发所述逆变器（12）并且用于实施按权利要求1到7中任一项所述的方法。

9. 具有用于提供驱动功率的电机（10）以及按权利要求8所述的用于触发电机（10）的装置的机动车传动系。